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IoT und digitale Zwillinge: Funktion, Beispiele und Anbieter
IoT-Geräte sammeln Daten aus der realen Welt, während digitale Zwillinge mit diesen Daten virtuelle Modelle erstellen. Zusammen liefern sie Einblicke für Optimierung und Prognose.
In der heutigen Welt steht eine Technologie selten für sich allein. Oftmals ist es eine Kombination aus verschiedenen Technologien und Techniken, die echten Mehrwert für die Nutzer schafft.
Das gilt auch für das Internet der Dinge (IoT) und digitale Zwillinge. Unternehmen und Branchen aller Art setzen zunehmend auf diese Kombination, da sie das Potenzial zur Steigerung der Effizienz, Förderung der Nachhaltigkeit, Reduzierung von Ausfallzeiten und Senkung der Kosten erkannt haben.
IoT- und digitale Zwillingstechnologien verstehen
IoT- und digitale Zwillingstechnologien haben jeweils ihren eigenen Verwendungszweck. Während das IoT in der physischen Welt existiert, sind digitale Zwillinge virtuell. Um diese unterschiedlichen Technologien, ihre Besonderheiten und ihre Funktionsweise erfolgreich zu kombinieren, ist ein Verständnis ihrer Unterschiede entscheidend.
Was ist das IoT und wie funktioniert es?
Das IoT definiert eine Kategorie von mit dem Internet verbundenen Geräten, die branchen- und anwendungsübergreifend eingesetzt werden. Häufig umfasst das IoT eingebettete Geräte wie Sensoren, wie sie in den meisten Maschinen oder industriellen Komponenten zu finden sind. Es wird in Fertigungsanlagen und anderen intelligenten Gebäuden eingesetzt und ist auch ein Kernelement von Smart Cities.
IoT-Geräte funktionieren, weil ihr eingebettetes Betriebssystem Daten sammeln kann. Ein IoT-Gerät verfügt außerdem in der Regel über eine Form der Netzwerkfähigkeit – WLAN, Mobilfunkverbindung oder LoRaWAN –, um mit dem öffentlichen Internet zu kommunizieren und sich damit zu verbinden.
Was ist ein digitaler Zwilling und wie funktioniert er?
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung einer realen Entität, eines physischen Vermögenswerts oder eines Prozesses.
Manche verwechseln das Konzept eines digitalen Zwillings mit einer Simulation, aber das ist nicht dasselbe. Im Gegensatz zu statischen Simulationen verwenden digitale Zwillinge Echtzeitdaten, um physische Eigenschaften während der gesamten Lebensdauer eines Produkts widerzuspiegeln, und fungieren so als virtuelles Duplikat der realen Entität oder des realen Prozesses.
Wie arbeiten IoT und digitale Zwillinge zusammen?
IoT-Geräte streamen Daten an viele verschiedene Quellen. In diesem Beispiel ist eine dieser Quellen die Bereitstellung digitaler Zwillinge. Mit den Streaming-Daten aus dem IoT-Gerät erstellt der digitale Zwilling eine virtuelle Darstellung des Geräts, die auf realen Informationen basiert.
Der digitale Zwilling erzeugt, gespeist mit den Daten aus dem IoT-Gerät, wiederholt hochdetaillierte Simulationen und Vorhersagen über das Gerät und seine Umgebung. Dadurch wird die virtuelle Darstellung des digitalen Zwillings sofort aktualisiert, was eine kontinuierliche Optimierung des Geräts unterstützt.
Vorteile der Kombination von IoT und digitaler Zwillingstechnologie
Unternehmen setzen IoT- und digitale Zwillingstechnologien ein, weil sich die Vorteile dieser Kombination bewährt haben. Zu den zahlreichen Vorteilen dieser Kombination gehören:
- Echtzeit-Einblicke: Digitale Zwillinge nutzen die Daten von Geräten sofort, um Aktualisierungen und Einblicke zu liefern.
- Vorbeugende Wartung: Durch die Vernetzung können digitale Zwillinge potenzielle Probleme vorhersagen und Wartungsarbeiten einleiten, bevor es zu Ausfällen kommt. Dadurch werden Ausfallzeiten reduziert.
- Leistungsoptimierung: Digitale Zwillinge simulieren verschiedene Betriebsszenarien, suchen nach den effizientesten Konfigurationen und heben diese hervor, um die Leistung zu steigern.
- Energieverbrauch und Nachhaltigkeit: IoT-gestützte digitale Zwillinge beeinflussen den Energieverbrauch und Nachhaltigkeitsinitiativen. Die beiden Technologien kombinieren Echtzeit-Energieüberwachung und automatisierte Optimierung auf der Grundlage von Nutzungsmustern und Umgebungsbedingungen.
- Datengestützte Entscheidungen: Unternehmen treffen fundiertere Entscheidungen in Bezug auf Design, Produktion und Betrieb, indem sie präzise Simulationen und Vorhersagen nutzen.
- Risikomanagement: Ein digitaler Zwilling, der mit IoT-Daten gespeist wird, unterstützt das Risikomanagement, indem er potenzielle Ausfallszenarien identifiziert und quantifiziert und so die Geschäftskontinuität gewährleistet. Unternehmen modellieren verschiedene Betriebsbedingungen und testen anschließend virtuell Reaktionsstrategien.
Anwendungsfälle und industrielle Beispiele für digitale Zwillinge im IoT
IoT-gestützte digitale Zwillinge bieten heute Vorteile für Branchen und Projekte jeder Größe, wie die folgenden Beispiele zeigen.
- Automobilindustrie: Globale Automobilhersteller nutzen in der Fertigungsindustrie IoT-gestützte digitale Zwillinge, um sowohl das Produktdesign neuer Fahrzeuge als auch bestehende Produktionslinien zu optimieren. Tesla erstellt zum Beispiel für jedes produzierte Fahrzeug individuelle digitale Zwillinge und nutzt dabei Batterieüberwachungssensoren, Energieverbrauchsmesser, Leistungsüberwachungsgeräte und Ladesystemmonitore, um Software-Updates über Funk (OTA) und vorausschauende Wartungsmaßnahmen zu ermöglichen.
- Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrtindustrie nutzen mehrere Anbieter die Technologie, um Leistungsprobleme zu klären und vorbeugende Wartungsaufgaben proaktiv zu erledigen. Rolls-Royce hat die Technologie etwa als Teil der Blue-Data-Thread-Initiative des Unternehmens eingeführt.
- Fertigung: In der Fertigung werden digitale Zwillinge mit einer Vielzahl von IoT-Geräten integriert, darunter Sensoren in Fertigungslinien und Qualitätskontrollsystemen. Siemens gehört zu den vielen Anbietern, die diese Technologie zur Verbesserung ihrer Fertigungsabläufe einsetzen.
- Energie: Energieerzeuger und -verteiler setzen ebenfalls digitale Zwillinge ein. General Electric nutzt sie beispielsweise zur Leistungsüberwachung und Betriebsoptimierung seiner Onshore-Windkraftanlagen.
- Gesundheitswesen: Im Gesundheitsbereich wird die Technologie zur Überwachung und Modellierung der Gesundheit von Patienten eingesetzt. Twin Health in den USA nutzt zum Beispiel Wearables wie Glukosesensoren und Blutdruckmessgeräte, um individuelle Stoffwechselmodelle für Patienten zu erstellen. Diese virtuelle Darstellung erweitert die Behandlungsmöglichkeiten für Patienten.
- Smart Cities: Digitale Zwillinge für Smart Cities nutzen verteilte IoT-Sensornetzwerke, um alles von den Verkehrsströmen in der Innenstadt bis hin zu den Umweltbedingungen zu überwachen. Beispiel: Virtual Singapore ermöglicht beispielsweise ein Echtzeit-Stadtmanagement und optimiert den Verkehr im gesamten Stadtstaat.
Anbieter im Bereich IoT und digitale Zwillinge
Angesichts der vielen Vorteile und Anwendungsfälle von IoT-Digital Twins sehen Anbieter zahlreiche Möglichkeiten. Laut Grand View Research wird der Markt bis 2030 voraussichtlich 155 Milliarden US-Dollar überschreiten, was einem Anstieg von 34,2 Prozent entspricht.
Abbildung 2 gibt einen Überblick über einige der vielen Anbieter, die in diesem Bereich tätig sind. Die genannten Anbieter erscheinen in Analysten-Rankings von ABI Research, Forrester, IDC MarketScape und Gartner:
